JPH09512735A - Position tracking and image generation system used in medical applications with a reference unit fixed to the patient's head - Google Patents
Position tracking and image generation system used in medical applications with a reference unit fixed to the patient's headInfo
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- JPH09512735A JPH09512735A JP8510313A JP51031396A JPH09512735A JP H09512735 A JPH09512735 A JP H09512735A JP 8510313 A JP8510313 A JP 8510313A JP 51031396 A JP51031396 A JP 51031396A JP H09512735 A JPH09512735 A JP H09512735A
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Abstract
(57)【要約】 患者の体に対する医療器具の位置をモニタし、この医療器具の位置に応じて、予め記録した患者の体の複数の画像のうちの少なくとも一画像を表示するシステムを開示する。一実施形態では、システムは患者の体に対して移動しないように固定され、目標とする手術部位に対してほぼ不動である基準ユニットを含む。システムはまた、医療器具に取り付ける遠隔ユニットを含む。基準ユニットと遠隔ユニットとの一方にフィールド発生器を関連させて、目標手術部位を含む領域で位置特性フィールドを発生させることができる。また基準ユニットと遠隔ユニットとの一方に１つ以上のフィールドセンサを関連させて、位置特性フィールドの存在に応答して、その検知したフィールドを表す１つ以上のセンサ出力信号を発生させることもできる。発生したセンサ出力信号と通じる位置検出器は基準ユニットと遠隔ユニットとの相対位置を表す位置データを発生する。この位置データに応答して、位置検出器に接続した出力ディスプレイは予め記録した画像のうちの少なくとも一画像を表示する。 (57) [Summary] Disclosed is a system for monitoring the position of a medical device with respect to the body of a patient and displaying at least one of a plurality of images of the body of the patient recorded in advance according to the position of the medical device. . In one embodiment, the system includes a reference unit that is immovably fixed with respect to the patient's body and is substantially immobile with respect to the targeted surgical site. The system also includes a remote unit that attaches to the medical device. A field generator can be associated with one of the reference unit and the remote unit to generate a position characteristic field in the area containing the target surgical site. Also, one or more field sensors may be associated with one of the reference unit and the remote unit to generate one or more sensor output signals representative of the sensed field in response to the presence of the position characteristic field. . A position detector in communication with the generated sensor output signal generates position data representing the relative position of the reference unit and the remote unit. In response to this position data, the output display connected to the position detector displays at least one of the prerecorded images.
Description
【発明の詳細な説明】 患者の頭部に固定された基準ユニットを用いた 医学的応用に使用される位置追跡及び画像生成システム発明の背景 本発明は、コンピュータで補助された外科手術に関し、より詳細には、外科出 術中に予め記録されたビジュアルイメージを表示するシステムに関する。 ＣＡＴ（コンピュータ断層撮影）、ＭＲＩ（磁気共鳴像）、ＰＥＴ（陽子射出 断層撮影法）などの現在利用可能な医学的画像生成技術は、診断目的だけでなく 、手術をアシストする目的でも有用であることが知られている。例えば、予め記 憶された画像を外科手術中に表示することにより、適切な患者の身体部分の基準 写像を外科医に示すことができる。 画像表示システムとともに用いられる、医療器具の位置をモニタする追跡シス テムの開発も進められている。一般に、患者の体に対して外科医が医療器具を動 かすと、予め記録された関連画像が器具の動きに対応して表示される。かかる追 跡システムでは、医療器具に取り付けられた感応型関節アーム（passive articu lated arm）、光学的検出器、または超音波検出器のいずれかが通常用いられる 。 医療器具に取り付けられた感応型関節機械アームを用いる追跡システムが、米 国特許第５，１８６，１７４号及び第５，２３０，６２３号に開示されている。 一般に、外科医が患者の体に対して外科器具を動かすと、関節アームの各接合部 に設けられたマイクロレコーダが各アーム部材の移動量を記録する。マイクロレ コーダからの出力が処理され、これにより関節アームの基部に対する医療器具の 位置がモニタされる。つづいて、この医療器具の動きに対応してひとつ以上の予 め記録された画像が表示される。しかしながら、このような関節アーム型追跡シ ステムでは、医療器具を扱いにくい機械アームに取り付ける必要がある。また、 理論的には、アーム先端部の三次元空間における自由な運動は可能かもしれない が、体内の特定位置及び所望方向においては、外科医が器具の位置決めを行うの が難しいこともある。 米国特許第５，２３０，６２３号に記載されるように、光学検出器（ビデオカ メラとＣＣＤの少なくともいずれか）を用いた追跡システムが、基準ユニットに 対する医療器具の位置をモニタするために提案されている。しかしながら、かか るシステムでは、基準ユニットと医療器具の両方がカメラに写っていることが要 求される。このために、手術スタッフの動きが制限されるだけでなく、医療器具 の少なくとも一部が患者の体外に露出していることが要求される。 超音波検出器を用いた追跡システムは、米国特許第５，２３０，６２３号に開 示されている。しかしながら、このシステムは、光学検出と同様の方法で、すな わち送信された信号の三角測量法（triangulation）を使用することが開示され ている。ひとつ以上の送信器から関連する受信器に信号が送られ、この信号の通 った距離が、タイミングまたは振幅の変化のいずれかから求められる。ここでも 送信パスは、妨害されない状態で維持されなければならない。 上記各追跡システムに共通するさらなる問題は、手術中に患者が動いてはいけ ないということである。患者は一般的に麻酔をかけられることが多いが、それで もスタッフが患者の体を意図せず動かしてしまうかもしれないし、あるいはより 適切な位置を求めて外科医が患者の体を動かしたいかもしれない。ところが、こ の追跡システムの始動後に患者の体が動くと、追跡に狂いが発生する。 したがって、上記の及び他の現存する装置に関する問題を解決する、患者の体 に対する医療器具の位置をモニタするシステムが要求される。発明の概要 本発明は、患者の体に対する医療器具の位置をモニタし、体に関する複数の予 め記録された画像の少なくともひとつを、医療器具の位置に応じて表示するシス テムに関する。このシステムは、基準ユニット、遠隔ユニット、位置特性フィー ルド発生器、フィールドセンサ、位置検出ユニット、及び出力ディスプレイを含 む。 基準ユニットは、目的動作位置に関して実質的に不動であるべく、患者の体の 少なくとも一部の動きに対して固定されている。遠隔ユニットは、医療器具に取 り付けられている。フィールド発生器は、基準ユニットまたは遠隔ユニットの一 方に関連づけられ、目的動作位置を含む領域において、多重磁場などの位置特性 磁場を発生する。フィールドセンサは、基準ユニットまたは遠隔ユニットの他方 に関連し、磁場の存在に反応して検知された磁場を表すセンサ出力信号を発生す る。 位置検出ユニットは、上記センサ出力信号を受信し、基準ユニットに関する遠 隔ユニットの位置を表す位置データを生成する。出力ディスプレイユニットは、 位置検出ユニットに接続され、前記位置データに対応して予め記録された画像の 少なくともひとつを表示する。 上記システムは、記憶ユニット及び前記位置データに接続された編集登録ユニ ットをさらに含んでもよい。記憶ユニットは、患者の体に関する予め記録された 複数の画像を記憶する。予め記録された各画像は、患者の体内の平面領域を表し 、これら複数の予め記録された画像によって表される複数の平面領域が第１の座 標系を決定する。編集登録ユニットは、（位置検出ユニットによって決定される ）第２の座標系の位置データを、第１の座標系で表される前記複数の予め記録さ れた画像に相関させ、患者の体に対する遠隔ユニットの位置に関連した所望の画 像を識別する。 本発明は、さらに、患者の頭部に取り付け可能な基準ユニット、及び位置検出 ユニットを取り外し可能に取り付けることのできる、吸引器などの医療器具に関 する。図面の簡単な説明 以下に述べる本発明の詳細な説明は、添付の図面を参照することにより、より 明確に理解される。 図１は、本発明の一実施形態によるシステムの概略図である。 図２は、図１に示されるヘッドセットユニットの正面図である。 図３は、図１に示されるヘッドセットユニットを、図２の線３−３から見た側 面図である。 図４は、図１に示されるヘッドセットユニットの一部を、図３の線４−４から みた背面図である。 図５は、図１に示される手術器具と遠隔センサの分解側面図である。 図６は、図１に示される組み立てられた状態の手術器具とセンサを、図５の線 ６−６から見た端面図である。 図７は、本発明の別の実施形態にかかる手術器具及びセンサユニットの側面図 である。 図８は、図７に示した手術器具の側面図である。 図９は、図７に示した手術器具の端面図である。 図１０は、図７に示した手術器具の上面図である。 図１１は、図７から図１０に示した手術器具に用いられる遠隔センサユニット の平面図である。 図１２は、図７及び図１１に示した取り外し可能な遠隔センサユニットを備え た別の手術器具の側面図である。 図１３は、本発明のシステムに用いられるＣＴ画像を予め記録するために用い られるシステムの概略図である。 図１４は、本発明の手動編集登録プロセスを概略的に示す図である。 図１５は、本発明の一実施形態による基準マークシステム（fiducial marker system）の要素を示す立面図である。 図１６は、図１５に示したシステムの要素を線１６−１６から見た平面図であ る。 図１７は、図１５に示した基準マークシステムを用いるプロセスのフローチャ ートである。 図１８は、本発明の別の実施形態によるヘッドセットユニットの側面図である 。 図１９は、図１８に示したヘッドセットユニットを線１９−１９から見た端面 図である。 図２０は、図１８に示したヘッドセットに用いられる送信器（トランスミッタ ）の平面図である。 図２１は、図１９に示したヘッドセットの一部を線２１−２１から見た部分図 である。 図２２は、本発明による自動編集登録プロセスを表すフローチャートである。 図２３は、本発明のシステムによる位置検出要素の概略図である。 図２４及び図２５は、本発明の一実施形態による誤差検出算出プロセスの原理 を示す概略図である。 図２６及び図２７は、図２４及び図２５のプロセスによって検出された誤差を 示す概略図である。 図２８は、本発明の別の実施形態を示す概略図である。 図２９から図３２は、本発明のさらに別に実施形態を示す概略図である。実施の詳細な説明 図１に示されるように、本発明によるシステム１０は、患者１４に装着された ヘッドセット１２，医療器具１６，制御システム１８及びディスプレイ２０を含 む。制御システム１８は、位置検出ユニット２２，編集登録ユニット２４，及び 画像記憶ユニット２６を含む。 画像記憶ユニット２６は、ＣＡＴ，ＭＲＩまたはＰＥＴによる走査画像など、 予め記録された画像の組を記憶する。各組の画像は、たとえば、正面（coronal ）方向、横方向（sagittal）方向、または体軸（axial）方向に沿って撮影され 得る。図１に示されるように、ディスプレイ２０には、３つの画像、すなわち正 面方向画像２１ａ、横方向画像２１ｂ、体軸方向画像２１ｃが示されている。さ らに、図１の２１ｄに示されるようにテキスト情報を表示することもできる。 図２から図４にさらに示されるように、ヘッドセット１２は、その両側面部材 ３０に２つのイヤーマウント２８を、中央部材３４にノーズブリッジマウント３ ２を含む。ヘッドセット１２は、患者の頭部に快適に取り付けられるように可撓 性のあるプラスチックでできていなければならない。また、様々な大きさに形成 してもよい。このヘッドセットの主たる目的は、患者の頭部に簡単に着脱可能な 基準ユニットを提供することであり、この場合、かなりの正確さで、ヘッドセッ トをちょうど同じ位置に繰り返し再装着することができる。別の実施形態におい ては、ヘッドセット１２の側面部材対３０を回転自在に互いに取り付け、イヤー マウント対２８を互いの方向に傾けてもよい。さらに、中央部材３４を、両側面 部材３０に対して回転自在にし、同様にイヤーマウント２８の方向に傾けること もできる。 図１から図４に示されるヘッドセット１２は、さらに、接続ケーブル３８を介 して位置検出ユニット２２に接続された基準ユニット３６を含む。基準ユニット ３６は、従来のクランプ手段または固定手段によって、取り外し自在にヘッドセ ット１２に取り付けることができる。一実施形態においては、基準ユニット３６ は、三次元において多方向フィールド（multidirectional field）を発生するこ とのできる位置特性フィールド発生器を含んでもよく、電磁波または超音波を用 いることができる。位置特性フィールドは、送受信三角測量法システムとは幾分 異なる。これは、位置特性フィールドが、三角測量法のように、一つの送信信号 と別の送信信号の比較に依存しないためである。これにより、フィールド発生器 と遠隔センサとのあいだのパスを、発生されたフィールドを実質的に変えない物 質によって遮断することができる。例えば、磁場が発生された場合には、医療器 具が患者の体内にあったとしてもその器具の位置を識別することができる。また 、基準ユニットは、適切なシステム操作の確認のために、基準センサ３７をさら に含んでもよい。 本実施形態においては、フィールド発生器は、直交配置された３つの磁気双極 子（three orthogonally disposed magnetic dipoles）（例えば、電流波腹点ま たは電磁石）を含み、これら３つの双極子のそれぞれから発生した直交配置され た磁場は、（例えば、相、周波数、時分割多重方式のいずれかによって）互いに 識別が可能である。例えば、米国特許第４，０５４，８８１号に記載されるよう に、多重磁場の近距離場特性を利用して位置検出を行うこともできる。別の実施 形態では、フィールド発生器をヘッドセット以外の場所に設け、ヘッドセットが ２つのフィールドセンサ３６及び３７を含んでもよい。２つのセンサ３６と３７ のあいだの距離がわかっていれば、システムの適切な操作をモニタするためのバ ックアップまたは基準チェックとして第２センサを用いることができる。検知さ れたフィールドが不一致の場合、エラー信号が表示されるか、警告が行われる。 別の実施形態では、ヘッドセット１２を、信号の三角測量法に基づくシステム において用いることもできる。この場合、基準ユニット３６は、一つ以上の信号 送信器と信号受信器の少なくともいずれかを含む。かかる三角測量法システムで は、送信された一つの信号のある特性を第２の送信信号の特性と比較して、信号 の送られた相対距離を求めることにより位置検出が行われる。送信される信号は 、電磁信号（例えば、電磁波、レーザー光、または発光ダイオード）でもよいし 、または超音波信号でもよい。このようにして、手術器具に対する患者の頭部の 位置をモニタすることができる。 図５及び図６に示されるように、医療器具１６は、例えば、位置特性フィール ド発生器によって発生されたフィールドを検出するための遠隔センサ４０が取り 外し可能に装着できる吸引器でもよい。センサ４０は、押し込み装着できる大き さにすることで、または壁開口４２に弾力性のあるスナップ部材を用いることに より器具１６の内部に保持できる。吸引器は、ほとんどの外科手術で共通して使 用されるため、遠隔センサを吸引器に組み込むことにより、不必要な器具によっ て手術場所を塞ぐことのない便利な位置検出装置を外科医に提供できる。器具１ ６は、センサ３７に関連してすでに説明したようなシステムエラーの検出のため に、第２のバックアップフィールドセンサ４１を含んでもよい。 遠隔センサ４０，４１は吸引器から取り外すことができ、特別に適合された種 種の手術器具のいずれにも交換自在に取り付けることができる。例示された実施 形態では、遠隔センサ４０，４１は器具１６の基端部に設けられた開口４２から 挿入され、接続ケーブル４４を介して位置検出ユニット２２に接続される。各セ ンサ４０，４１は、フィールド発生器によって発生されたフィールドの存在を検 出するために、直交して配置された３つの双極子検知素子を含んでもよい。例え ば、一実施形態においては、フィールド発生器とセンサのそれぞれが、直交して 配置された３つの電流ワイヤループを含む。発生器は、一度に一つの発生ループ を通る交流電流を発生し、時分割多重化交流電磁場を生成する。センサループ信 号のそれぞれが発生ループと同期して処理され、各交流電磁場に対応する出力が 生成される。 器具１６の末端部は、外方向に張り出した先端４８を有する剛性の吸入管４６ を含む。遠隔センサ４０の中心に対する先端４８の位置は既知の一定距離にあり 、手術中、外科医はこれを簡単に見ることができる。吸入管４６からは、内部チ ャネル５２及び接続子５４を介して器具１６の基端部を通り、吸入カテーテル５ ０まで流体が流れる。吸入カテーテル５０（図１参照）は、真空吸入ユニット（ 図示せず）に接続されている。 次に動作について説明する。位置検出ユニットは基準ユニット３６に対する医 療器具１６の位置をモニタする。編集登録ユニット２４は、器具１６の位置の変 化を記憶された画像の空間的方位に相関させる。外科医が医療器具１６を移動さ せると、医療器具１６の位置に対応した画像がディスプレイ２０に現れる。こう して、器具１６の先端４８が患者１４の体内にあるかどうかに関わらず、外科医 は、この先端４８の正確な位置に関連した正面方向、横方向及び体軸方向の画像 を常に見ることができる。さらに、フィールド発生器が患者の頭部に取り付けら れているので、患者は、システムの追跡能力を損なうことなく自由に動くことが できる。ディスプレイ２０は、図１において５６で示されるように、表示された 各画像上で先端４８の位置をさらに示してもよい。別の実施形態では、吸入管４ ６の方向も、表示された画像上に識別表示することができる。さらに別の実施形 態では、予め記録された画像に基づき、三次元合成画像を表示することもできる 。 図７から図１１に示されるように、取り外し可能な遠隔センサユニット５８の 別の実施形態を、吸入器６０に用いてもよい。２つのセンサ６２，６４を含むセ ンサユニット５８は、センサユニット５８に設けられた第１係合穴対６６と、器 具６０に設けられたフィンガ対６８とにより、取り外し可能に器具６０に取り付 けることができる。次に、ユニット５８の縁部（tounge）７０を器具６０のヒン ジポスト対７２の間に嵌入し、ロック７４を図８に示される開位置から図７に示 される閉位置に回転させることによりセンサユニット５８が適所に固定される。 ロック７４は窪んだ領域７６を含み、ここに、センサユニット５８の縁部７０が 摩擦係合する。 センサユニット５８は、さらに、複数の医療器具のうちのどれが取り付けられ ているかを識別できる。具体的には、ユニット５８は複数のホール効果トランジ スタ７８を含み、医療器具６０は小型の永久磁石８０を含んでいる。磁石８０の 数または配置の一方または両方により、トランジスタ７８は、センサユニット５ ８に取り付けられている医療器具を識別する。 例えば、すべてのトランジスタ７８が磁石８０の存在を検知した場合には、３ つの磁石を含んでいることから、図７から図１１に示される器具６０がセンサユ ニット５８に取り付けられていることになる。２つの磁石８２だけが検知された 場合は、センサユニット５８に取り付けられた医療器具は、図１２に示すような 別の器具８４である。磁石が一つも検知されなければ、センサユニット５８はど の医療器具にも取り付けられていないことになる。取り付けられている医療器具 が識別できることによって、システムは位置検出ユニットを自動的に調節し、様 々な医療器具に対し、センサ６２及び６４の位置に関する器具先端位置の誤差を 補償することができる。着脱自在に係合可能な特性により、センサユニットの使 用範囲が広がるだけでなく、滅菌された医療装置の使用が簡単になる。 図１３及び図１４に示されるように、編集登録プロセスは次の２つの基本ステ ップを含む。１）所定方向の走査画像を記録するステップと、２）位置検出シス テムの空間方向を、記録された画像にマップするステップである。例えば、予め 記録された画像の方向は、図１３に示されるように、正面方向（ｉ−ｊ平面）、 横方向（ｋ−ｊ平面）、体軸方向（ｋ−ｉ平面）の少なくともいずれかにするこ とができる。これらの画像はディジタルで記憶することができ、各走査画像間の 距離が各画像の組の相対方向と同様に記録される。別の実施形態においては、正 面方向、横方向、体軸方向の各画像を予め記録することなく、特定の画像を別の 画像から生成できることが当業者には理解される。例えば、多平面リフォーマッ ティングによって、体軸方向画像から横方向及び正面方向の画像が生成できる。 一実施形態においては、スキャナ９２による走査に先立ち、複数の基準マーカ （fiducial markers）９０が患者の頭部１４に設置される。マーカは、走査画像 に現れ、図１４に示されるように位置検出システムによって位置づけることがで きる。具体的には、各マーカ９０が、例えば医療器具１６の先端４８を用いて順 次連続的に配置される場合、ユーザは、例えばコンピュータマウスを用いて、予 め記録された画像上に同じマーカを位置決め記憶させる。そして、ユーザは、コ ンピュータキーボード９４，マウス、フットスイッチのいずれかによって入力さ れる編集登録データを制御する。別の実施形態においては、編集登録ユニットは 、予め記録された各ディジタル画像を、一つのコーナーから識別されたマーカの 位置まで走査してもよい。 走査画像の記録に先立って、患者の体（例えば顔）に置かれる基準マーカを使 用するさらに別の実施形態では、図１５及び図１６に示されるように、基準マー カ９０’を中間接着片９１に接着してもよい。そして、この中間接着片９１が患 者の皮膚９３に直接接着される。 基準マーカ９０’は放射線不透過素子９５を含み、接着片９１は、小さい貫通 穴または別のマーカ９７を含む。図１７を参照すると、基準マーカ９０’を用い るプロセスは、ステップ１７００において始まり、まず、患者の皮膚に接着片９ １が貼り付けられる（ステップ１７０２）。次に、放射線不透過素子９５が接着 片９１のマーカ９７の位置に合うように、基準マーカ９０’を接着片９１上に置 く（ステップ１７０４）。続いて、走査画像が記録される（ステップ１７０６） 。その後、基準マーカ９０’は患者からはがしてもよい（ステップ１７０８）。 手動編集登録中、外科医または技師は、ポインタの先端でマーカ９７の位置決め をし（ステップ１７１０）、送信器に対する基準マーカの放射線不透過素子９５ の位置を記録することができる。中間接着片９１を使用することにより、画像走 査後及び手術前において患者の快適性が増すだけでなく、正確な編集登録も容易 に行えるようになる。放射線不透過素子９５はマーカ９０’の上部に直接その中 心に置かれていたので、ユーザは、ポインタの先端でより大きい放射線不透過素 子９５の一部を不正確に位置決めするのではなく、小さいマーカ９０’を配置す ることができ、編集登録の正確性が高まる。 位置検出ユニットを用いて各マーカが位置決めされると、編集登録ユニットは マッピング関数を生成して、位置検出データ（ｘ−ｙ−ｚ座標）を、記憶された 画像方向データ（ｉ−ｊ−ｋ座標）に変換する。特に、下記のように、パウエル の方法を用いてマッピング式が求められる。 各画像点が、下記の形のマトリクスとして処理され、 集められた各センサ点が次の形のマトリクスとして処理される。 コンピュータ演算器は、次の変換マトリクス の最適値を対話的に計算し、次式を解く。 これにより、（ｉc−ｉt）2＋（ｊc−ｊi）2＋（ｋc−ｋi）2は集められたすべ ての画像点の合計の最小値となる。最適な方法では、距離の最小化が用いられ、 少なくとも３つの画像点がこの方法に必要である。 変換マトリクスの最適値は変換式を含み、この最適値を用いて、ｘ−ｙ−ｚ座 標系で表される送信器に対する医療器具の位置を、ｉ−ｊ−ｋ座標系で表される 予め記録された画像の適当な方向に変換することができる。 本発明のヘッドセットの別の実施形態を、自動編集登録プロセスに用いること ができる。例えば、図１８及び図１９に示されるように、本発明の別の実施形態 によるヘッドセット１００は、図２から図４に関連してすでに説明したように、 ２つのイヤーマウント２８，側面部材対３０，中央部材３４に設けられたノーズ ブリッジマウント３２を含む。ヘッドセット１００は、中央部材３４上に中央プ レート１０２をさらに含む。中央プレート１０２は、図１９において破線で示さ れる送信器１０４を取り付けるようになっている。送信器１０４は、図２１にお いては、プレート１０２の下部から見た図として示されている。送信器１０４は 、 ２つのポスト１０６，及びピン１１０を中心に自由に回転するキー１０８を含む 。 送信器１０４を中央プレート１０２に取り付けるには、プレート１０２に設け られた長穴１１２にキーを通過させ、各ポスト１０６をポスト開口１１４に挿入 する。ポスト開口１１４の一方は、好ましくはスロット形状に形成され、送信器 をぴったりと取り付けると同時に、製造時の公差によるヘッドセット間のばらつ きに適応できるようにしている。つづいて、キー１０８が回転されて、プレート １０２の外表面上に送信器がロックされる。送信器１０４は、取り外して、さら に同一のヘッドセットの同じ位置に非常に正確に再装着することができる。 ヘッドセット１００は、図１８に示されるように、中央プレート１０２内部に 固定された、非常に小さい（例えば直径約２ｍｍ）の金属基準ボール群１１６を さらに含んでいる。自動編集登録プロセスにより、これらのボール１１６は予め 記録された走査画像上に配置され、ボール１１６と送信器１０４との空間関係が わかると、送信器の座標系から画像の座標系への変換を行うマッピング関数が自 動的に生成される。 図２２を参照しながら具体的に説明する。自動編集登録プロセスが開始される （ステップ２２００）と、予め記録された画像をロードし（ステップ２２０２） 、三次元のデータセットを生成する（ステップ２２０４）。次に、特定範囲内の 強度を有する画素を識別し（ステップ２２０６）、隣接する画素のグループを形 成して（ステップ２２０８）、これを単一グループとして分類する。各画素のボ リューム（大きさ）を計算し（ステップ２２１０）、所定のボリューム範囲内に ないグループを除去する（ステップ２２１２）。さらに、少なくとも特定強度レ ベルの画素を最低一つ持たないグループを除去する（ステップ２２１４）。ここ で、残ったグループの数が基準ボール１１６の数（例えば７）以下であれば（ス テップ２２１６）、自動編集登録に失敗したこととなりプログラムが終了する（ ステップ２２１８及び２２２０）。 次に、各画素グループの中心を決定し、各グループの中心間の距離を計算して 少なくとも７ｘ７のマトリクスでこれを記録する（ステップ２２２２）。基準ボ ール間の既知の距離は、所定の７ｘ７マトリクスである。この既知の距離のそれ ぞれが、基準ボール間の様々な所定距離と比較されて、距離の組間の相関の最 適近似値が生成される（ステップ２２２４）。この距離相関により所定の許容差 外の近似値が得られた場合（ステップ２２２６）、変換マトリクスの自動生成に 失敗したことになり、プログラムが終了する（ステップ２２１８及び２２２０） 。一方、距離相関が許容差の範囲内にあり、７つのグループが存在すれば（ステ ップ２２２８）、画像データは画像マトリクスに記録される（ステップ２２３０ ）。グループ数が７以上であれば、グループのジオメトリを基準ボールの既知の ジオメトリに比較するジオメトリ相関を行う（ステップ２２３２）。ジオメトリ の相関が成功すると（ステップ２２３４）、変換マトリクスは記録される（ステ ップ２２３０）。ジオメトリ相関が成功しなければ、エラーが報告される（ステ ップ２２１８）。 画像点マトリクスが生成される（ステップ２２３０）と、また、センサ点マト リクスは送信器に対する基準マーカの既知のレイアウトに基づくということから も、上述のようにパウエルの方法を参照してマッピング式を自動的に生成できる 。 走査画像を記録する時に患者が基準装置を装着している場合の他の実施形態で は、基準プログラムによって、走査画像上に基準ユニット自体の部分が自動的に 位置決めされ、これにより走査画像に対する基準ユニットの方向を識別すること ができる。ここでも、基準ユニットに対するフィールド発生器の相対的な方向が わかっているので、編集登録ユニットは適当なマッピング関数を生成することが できる。さらに別の実施形態においては、順方向にバイアスをかけられるレーザ 光ポインタまたは可動チップポインタなどによって、患者の皮膚の表面をたどる ことができる。そして、たどられた表面を、記憶された画面上に位置づけること ができる。さらに別の実施形態では、患者の体の特徴的構造または特性を識別す るように編集登録ユニットをプログラミングすることにより、完全な自動編集登 録を提供することができる。例えば、ヘッドセットの大きさ及び形状がわかって いれば、それが予め記録された画像上に現れていなくても、システムはヘッドセ ットが患者の頭のどこに置かれているかを識別することができる。 位置検出システムは、発生されたフィールド内のいかなる位置においても位置 検出が行えるような、フィールド発生に適したいかなる所望の原理によっても動 作可能である。例えば、バーモント州コルチェスタの法人組織であるＰｏｌｈｅ ｍｕｓ社販売の製品である３Ｓｐａｃｅ（登録商標）Ｆａｓｔｒａｋ（商標名） が、本発明での使用に適した原理によって動作することが知られている。この製 品は、送信器とセンサの両方に、直交配置された３つの磁気双極子を使用し、時 分割多重化された８〜１４ｋＨｚの交流電磁場を生成する。 具体的には、図２３に示すように、磁場ソース１０１と磁場センサ１０３とは どちらも３本の互いに直交するように配置されたコイルを含む。増幅器１０５か らの交流電流はソースの各コイルを一度に一本ずつ通過して、連続磁場を発生す る。処理装置１０７はタイミング信号を発生してＤ／Ａ変換器１０９を制御する 。発生した磁場はセンサ１０３の３本のコイルに電圧を誘導する。誘導された電 圧は増幅器１１１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１３でデジタル化されて、処理装 置１０７で処理される。 磁場ソースの３本のコイルの励起が時分割多重化されているため、ソースの磁 界全体を通して独特な連続磁場が形成される。形成される磁場のすべての位置に ついて、センサの３本のコイル上に存在するデータから自由度６のデータが計算 できる。その後、自由度６の情報はホストコンピュータ１１５へ送られる。 基準座標枠（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するフィールド発生器に対するセンサＳの位 置は、所定の時間に例えば３Ｓｐａｃｅ（登録商標）Ｆａｓｔｒａｋ（商標）製 品によって６つの値、すなわちｘs，ｙs，ｚs，およびωazs，ωels，ωrosから なる組として求められる。値ｘs，ｙs，ｚsはＸ，Ｙ，Ｚ基準座標枠におけるセ ンサ中心位置を示す。また角度ωazs，ωels，ωrosはＸ，Ｙ，Ｚ基準座標枠に 対するセンサＳの配向を示す。 ωazs値はセンサの方位角を示す。方位角はＸ軸およびＹ軸をＺ軸を中心に回 転させてＸ軸がＺ軸方向にセンサ中心と整列する新位置へ移動した場合の回転量 を表す。Ｘ軸およびＹ軸の新たな位置はそれぞれＸ’，Ｙ’と表す。 ωels値はセンサの仰角を示す。仰角はＸ’軸およびＺ軸をＹ’軸を中心に回 転させてＸ’軸がセンサＳの中心と整列する新位置へ移動した場合の回転量を表 す。Ｘ’軸およびＺ軸の新たな位置はそれぞれＸ”，Ｚ’と表す。 ωros値はセンサの横揺れ角を示す。横揺れ角はＹ’軸およびＺ’軸をＸ”軸 を中心に回転させてそれぞれ新たな軸、つまりＹ”軸およびＺ”軸を定義する新 しい位置へ移動した場合の回転量を表す。センサはＸ”，Ｙ”，Ｚ”基準枠中で 配向され、値ωazs，ωels，およびωrosで定義される。 センサデータの全電力は、ソースからセンサまでの距離に反比例する。各ソー スコイルによって作られるセンサデータ成分間のレシオは、センサのｘ，ｙ，ｚ 座標位置を決定する。各センサコイルデータ間のレシオはセンサの配向を決定す る。 医療器具は送信器に対して自由に移動でき、その速度は電子情報処理速度を上 回る場合があるため、医療器具の移動速度の監視が必要である。移動速度が所定 速度を上回る場合は、センサの読みが矛盾しても速度がしきい値を下回るまで無 視しなければならない。速度監視は、連続した時間間隔ｔ1，ｔ2でのｘ，ｙ，お よびｚ座標それぞれの差の重みづけした和を計算して行うことができる。 磁場ソースから発生する本来の磁場の大きさ／方向は、別の磁場ソースからの 信号、導電体中の渦電流の磁場、または強磁性体のフィールド歪曲効果によって 変化する。この変化によりセンサの位置／配向にエラーが生じる。 図１から図３を参照して、フィールドの適正度検知を含む好適な実施形態では 、基準センサ３７は送信器アセンブリ１２上で送信器３６の中心から一定距離の ところに固定して設置される。この基準センサの位置および配向は、制御条件下 でキャリブレーション工程によって求め、その後、継続して計算および確認を行 わなければならない。ある実施形態では、センサ出力の６つのパラメータ、すな わちｘs，ｙs，ｚs，ωazs，ωels，およびωrosの重みづけした和をフィールド の適正度調整の指標として継続して監視してもよい。 また図７から図１２を参照して説明したように、遠隔センサ５８は複数のセン サ（６２、６４）を含んでもよく、エラー検出のためにこれらセンサの出力の比 較を行う。このようなシステムによって検出可能なエラー状態には、センサの１ つが適正に動作できなくなるセンサの故障や、医療器具のある領域中の不均一な 局所的磁場のひずみなどがある。 また、起こりうるあらゆるタイプのエラー状態を特定するには、単にセンサ出 力を比較するだけではたとえセンサ間の距離を考慮したとしても不十分な場合も あることがわかっている。検出不能が考えられるエラー状態は、強磁性体の異物 が電磁場に侵入し、各センサにおいて同一のひずみを生じる場合に起こりうる。 例えば、異物が均一な強磁性特性を持つ場合、異物が同距離から同速度で２つの センサに近づく場合、またセンサ群が磁場発生器から等距離にある場合などが考 えられる。 このような状況ではセンサ出力が同一となるため、電磁場に異物が侵入して電 磁場および検知した位置データを変更していたとしても、エラー検出信号が発生 されない場合がある。追加センサを用いればこのような状況の発生する危険性を 低減できるかもしれないが、エラー状態が検出されない可能性をなくすことはで きない。 医療器具またはヘッドセットのある領域中での局所的な均一なひずみをつきと められるエラー検出システムを設計するには、図７から図１２に示すように一定 距離だけ離した２つのセンサを使用し、２つ以上の仮想点の位置をモニタできる ようにする。図２５に示すように、センサＳ1とＳ2とは距離２ｄだけ離れており 、かつ便宜上、例えば図示するようにＹ軸上に位置決めされる。センサＳ1およ びＳ2は、各々がその面中に位置するＸ−Ｚ面をそれぞれ一意に定義する。図２ ５に示すように、第一の仮想点Ｖaはこれらセンサによって定義されるＸ−Ｚ面 群の間に選択する。また第二の仮想点ＶbはこれらＸ−Ｚ面群の外側に選択する 。ＶaおよびＶbの位置は仮想位置であり、継続して計算され工場規格位置と比較 されるものである。 図２４および図２５に図式的に示す実施形態では、仮想点Ｖa（Ｓ2に対して− ｄ，−ｄ，−ｄ）およびＶb（Ｓ2に対してｄ，ｄ，ｄ）はＳ2から等距離のとこ ろに位置する。センサＳ2はこの実施形態では保護センサであり、センサＳ1はＳ2 用にエラー検出を行う基準センサとして用いる。得られるＳ2からＶaまでのベ クトルはＳ2からＶbまでのベクトルと大きさは同じだが方向が逆である。このベ クトルの大きさはＳ1−Ｓ2間の距離のほぼ半分に等しい。 次に基準座標系（つまりＳ1に対する座標系）でのＶaとＶbの位置を計算して Ｖa1とＶb1とする。そして基準センサに対する保護センサ（Ｓ1）の位置（ＰＳ ）および配向を求める。保護センサの配向を示す値から姿勢マトリクス（Ａ）を 計算する。 これにより仮想点の位置は次のように計算される。 Ｖa1＝Ａ・Ｖa2＋ＰＳ Ｖb1＝Ａ・Ｖb2＋ＰＳ 基準センサ座標系における仮想点の位置の基準値を求めるには、工場でのキャ リブレーション時にひずみのない環境で測定を行う。こうして記憶された基準値 はＶaeおよびＶbeで表す。装置使用時には、仮想点の実際の測定値（Ｖam，Ｖbm を記憶した基準値（Ｖae，Ｖbe）と比較する。もし仮想点のいずれか一方の確定 位置と測定位置との距離(Δ)が現在値(ε)を上回れば、フィールド適正度の侵害 メッセージが表示され、システムの通常動作が一時停止する。つまり図２６を参 照して次のような場合である。 ｜Ｖalm−Ｖale｜＞εまたは｜Ｖblm−Ｖble｜＞ε 動作の一部は次のような原則に基づいて行われる。すなわち、一方の仮想点で 位置エラーが配向エラー分だけ減じられると、他方の仮想点ではエラーが増大し てフィールド適正度侵害メッセージを発生させる。例えば、保護センサの測定位 置および配向に誤りがあると、測定値によって確定値にエラーが加えられる。こ の場合、フィールド適正度の検査は次のように行われる。 これは次の式に等しい ただし以下を代入する 図２７に上記の関係を図式的に示す。医療器具の先端位置はまず保護センサ（Ｓ2 ）に対して定義され、それをソースに対する先端位置の決定に使用する。 フィールド発生器によって発生するフィールドの適正度をモニタするには、上 述のように基準センサをフィールド発生器から一定距離のところに位置決めし、 かつその位置を継続してモニタして変化を監視する。２つのセンサＳ1およびＳ2 に関するこのフィールド適正度検出分析に含まれる計算は、一送信器および単一 センサのフィールド適正度検出システムについて行われる。具体的には、保護セ ンサ（Ｓ2）にフィールド送信器を用い、基準センサ（Ｓ1）に単一センサを用い て計算を行う。このようなフィールド適正度分析は動作環境の半フィールドの特 定に用いることもできる。 図２８に本発明の他の実施形態を示す。フィールド発生器１２２を備える基準 ユニット１２０は患者の体の一部（例えば頭部）から少し離して関節アーム１２ ４上に位置決めできる。図１から図６を参照して先に説明したように、基準セン サ１２６を備えるヘッドセット１２は患者の体に装着し、医療器具１６は遠隔セ ンサ４０を備えられる。フィールド発生器１２２は、好誼な位置に配置した後、 関節付きのアームのジョイントを固定して定位置に固定できる。こうしてフィー ルド発生器と患者との相対位置がモニタされる。同時に医療器具１６と患者との 相対位置も求められ、これによりシステムは、次に説明するように予め記録した 画像から適当な画像を表示する。 様々な実施形態において、フィールド発生器１２２の位置は外科手術時には関 節付きジョイントを動かして調節できる。遠隔センサ４０と基準センサ１２６と の相対位置が変わらなければ、フィールド発生器１２２を移動させても位置検出 システムには影響しない。システムの精度がフィールド発生器１２２とセンサ４ ０との相対位置に完全に依存する場合は、手術時にはフィールド発生器１２２を 移動させるのが望ましい。これは例えば、システムが多重化フィールドのフィー ルド近傍特性に依存しており、センサ４０と１２６とをフィールド発生器１２２ からほぼ等距離に位置決めするのが望ましい場合などである。別の実施形態では 、システムはディスプレイ上の視覚的キューなどによってユーザに定期的にフィ ールド発生器１２２を配置変えを指示する。フィールド発生器と１つ以上のフィ ー ルドセンサとの相対位置はここに示すものだけに限らないことは当業者には理解 できるはずである。 患者の位置の監視は、ヘッドセットまたは基準センサ以外の手段で行うことが できる。例えば図２９に示すように、画像プロセッサ１３０に接続したカメラ１ ２８を配置して、患者の目標手術部位に対するフィールド発生器の位置を記録す るようにしてもよい。患者またはフィールド発生器が移動すると、画像プロセッ サ１３０は位置の相対的変化量を求め、それを位置検出ユニット２２に知らせる 。また別の実施形態では、様々な方向から患者を観察できるように追加のカメラ を設置してもよい。 図３０に示す他の実施形態では、システムは患者の体１４の一部（頭部や胸部 など）への固定用に可とう性のあるバンド１３２を含んでもよい。バンド１３２ はフィールド発生器１３４と基準センサ１３６とを備え、位置検出ユニット２２ の信号発生器へフィードバックを与える。位置検出ユニット２２は通信ケーブル １３８によって可とう性のあるバンド１３２へ接続され、また通信ケーブル１４ ０によって可とう性のある医療器具１４２へ接続される。医療器具１４２の先端 １４４には遠隔センサが取り付けられる。医療器具１４２は剛性ではないので、 センサは器具１４２の先端に十分近づけて設置し、患者の体内で正確に位置検出 およびモニタができるようにしなければならない。ディスプレイ２０は図示する ように１つ以上の画像上で器具１４２の相対的な配向を示す。 図３１および図３２に示すシステムは、末端部１５４にセンサ１５２を有する 可とう性のある医療器具１５０と、末端部１６０にセンサ１５８を有する光ファ イバ内視鏡１５６とを含む。光ファイバ内視鏡１５６の近端部はカメラ１６２に 接続され、カメラ１６２は画像プロセッサ１６４とつながっている。基準バンド １３２上のフィールド発生器１３４は患者の呼吸などによって移動する可能性が あるため、実際に医療器具１５０は動いていなくても遠隔センサ１５２の位置が 移動したように見える場合がある。 この問題を解決するために、図示するように光ファイバ内視鏡１５６を用いて 、患者の体内での器具１５０の末端部１５４の相対位置をモニタすることができ る。従って、フィールド発生器１３４に対するセンサ１５２の移動の検知は、患 者の 体内での末端部１５４の相対位置の移動を参照して評価される。もしカメラが末 端部１５４の移動を観察しないのに、センサ１５２が移動を検知すれば、システ ムはその移動はフィールド発生器の移動であってセンサ１５２の移動ではないと 判定する。その後、システムはこのような変化を訂正する。さらに、光ファイバ 内視鏡１５６自体も光ファイバの末端部１６０が動いたかどうかを検知するセン サ１５８を含んでもよい。これにより訂正システムの精度をさらに向上できる。 また、カメラ１６２は患者の体の内部構造に基づいて予め記録した画像を、継続 して編集登録できるようにしてもよい。 上記の様々な実施形態は、本発明の精神および範囲内で多様に変更および修正 可能であることを当業者は理解すると考える。Detailed Description of the Invention Using a reference unit fixed to the patient's head Position tracking and image generation system used in medical applicationsBackground of the Invention The present invention relates to computer-aided surgery, and more particularly to surgical procedures. A system for displaying a pre-recorded visual image during surgery. CAT (Computer tomography), MRI (Magnetic resonance image), PET (Proton injection) Currently available medical imaging technologies such as tomography) are not only for diagnostic purposes It is also known to be useful for the purpose of assisting surgery. For example, in advance By displaying the stored image during surgery, a proper patient body part reference can be obtained. The map can be shown to the surgeon. A tracking system for monitoring the position of medical devices used with image display systems. System development is also underway. Generally, the surgeon moves the medical device relative to the patient's body. When it is smeared, a prerecorded related image is displayed corresponding to the movement of the instrument. Such additional In the trace system, a sensitive articulating arm (passive articu lated arm), optical detector, or ultrasonic detector is usually used . A tracking system that uses a sensitive articulating mechanical arm attached to a medical device It is disclosed in US Pat. Nos. 5,186,174 and 5,230,623. Generally, as the surgeon moves the surgical instrument relative to the patient's body, each joint of the articulated arm is A micro-recorder provided in the unit records the movement amount of each arm member. Microlet The output from the coder is processed, which causes the medical device to attach to the base of the articulated arm. The position is monitored. Then, one or more predictions are made in response to the movement of this medical device. The recorded image is displayed. However, such an articulated arm type tracking system The stem requires the medical device to be attached to an awkward mechanical arm. Also, Theoretically, free movement of the arm tip in three-dimensional space may be possible However, the surgeon may position the instrument at a particular location in the body and in the desired orientation. Can be difficult. As described in US Pat. No. 5,230,623, an optical detector (video camera) A tracking system that uses a camera and / or CCD It has been proposed to monitor the position of a medical device relative to it. However, a heel Some systems require both the reference unit and the medical device to be in the camera. Required. This not only restricts the movement of surgical staff, but also medical equipment. Is required to be exposed outside the patient's body. A tracking system using an ultrasonic detector is disclosed in US Pat. No. 5,230,623. It is shown. However, this system uses a similar method to optical detection: The use of triangulation of the transmitted signal is disclosed. ing. A signal is sent from one or more transmitters to the associated receiver and this signal is communicated. The distance traveled is determined either from timing or amplitude changes. even here The transmission path must be kept undisturbed. A further problem common to each of the above tracking systems is that the patient should not move during surgery. It is not. Patients are often anesthetized, so Staff may inadvertently move the patient's body, or The surgeon may want to move the patient's body in search of the proper position. However, this When the patient's body moves after the tracking system is started, the tracking becomes inaccurate. Therefore, a patient's body that solves the above and other problems with existing devices. A system is required to monitor the position of a medical device with respect to.Summary of the invention The present invention monitors the position of a medical device relative to the patient's body and provides multiple System that displays at least one of the recorded images according to the position of the medical device. Regarding the system. This system consists of a reference unit, a remote unit and a position characteristic Field generator, field sensor, position detection unit, and output display No. The reference unit is substantially immovable with respect to the intended operating position, so that Fixed for at least some movement. The remote unit attaches to a medical device. It is attached. The field generator is one of the reference unit or remote unit. Position characteristics such as multiple magnetic fields in the area that is associated with Generates a magnetic field. The field sensor is either the reference unit or the remote unit And generate a sensor output signal representative of the sensed magnetic field in response to the presence of the magnetic field. You. The position detection unit receives the sensor output signal and outputs a distance to the reference unit. Position data representing the position of the remote unit is generated. The output display unit is It is connected to the position detection unit, and the image recorded in advance corresponding to the position data is recorded. Display at least one. The above system includes a storage unit and an edit registration unit connected to the position data. May also be included. Memory unit is pre-recorded for the patient's body Store multiple images. Each pre-recorded image represents a planar area inside the patient's body. , The plurality of planar areas represented by these plurality of pre-recorded images are Determine the standard system. Edit registration unit (determined by position detection unit ) The position data of the second coordinate system is recorded in advance with the plurality of pre-recorded data represented by the first coordinate system. Desired image in relation to the position of the remote unit with respect to the patient's body, Identify the statue. The invention further provides a reference unit mountable on the patient's head and a position detection. For medical devices, such as aspirators, that can be removably attached to the unit. I do.Brief description of the drawings A more detailed description of the invention set forth below will be obtained by reference to the accompanying drawings, in which Clearly understood. FIG. 1 is a schematic diagram of a system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view of the headset unit shown in FIG. 3 is a side view of the headset unit shown in FIG. 1 taken along line 3-3 of FIG. It is a side view. FIG. 4 shows a portion of the headset unit shown in FIG. 1 from line 4-4 of FIG. FIG. 5 is an exploded side view of the surgical instrument and remote sensor shown in FIG. FIG. 6 shows the surgical instrument and sensor in the assembled state shown in FIG. It is an end view seen from 6-6. FIG. 7 is a side view of a surgical instrument and a sensor unit according to another embodiment of the present invention. It is. FIG. 8 is a side view of the surgical instrument shown in FIG. 7. 9 is an end view of the surgical instrument shown in FIG. 7. 10 is a top view of the surgical instrument shown in FIG. 7. FIG. 11 is a remote sensor unit used in the surgical instrument shown in FIGS. 7 to 10. FIG. FIG. 12 includes the removable remote sensor unit shown in FIGS. 7 and 11. FIG. 7 is a side view of another surgical instrument. FIG. 13 is used for pre-recording CT images used in the system of the present invention. 1 is a schematic diagram of a system according to the invention. FIG. 14 is a schematic diagram of the manual edit registration process of the present invention. FIG. 15 illustrates a fiducial marker system according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 3 is an elevational view showing elements of (system). 16 is a plan view of the elements of the system shown in FIG. 15 taken along line 16-16. You. FIG. 17 is a flow chart of a process using the fiducial mark system shown in FIG. It is. FIG. 18 is a side view of a headset unit according to another embodiment of the present invention. . FIG. 19 is an end view of the headset unit shown in FIG. 18 taken along line 19-19. FIG. FIG. 20 shows a transmitter (transmitter) used in the headset shown in FIG. ) Is a plan view of FIG. FIG. 21 is a partial view of the portion of the headset shown in FIG. 19 taken along line 21-21. It is. FIG. 22 is a flow chart representing the automatic edit registration process according to the present invention. FIG. 23 is a schematic diagram of a position sensing element according to the system of the present invention. 24 and 25 show the principle of the error detection calculation process according to the embodiment of the present invention. FIG. 26 and 27 show the error detected by the process of FIGS. 24 and 25. It is a schematic diagram showing. FIG. 28 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention. 29 to 32 are schematic views showing still another embodiment of the present invention.Detailed description of implementation As shown in FIG. 1, a system 10 according to the present invention is mounted on a patient 14. Includes headset 12, medical device 16, control system 18 and display 20. No. The control system 18 includes a position detection unit 22, an edit registration unit 24, and An image storage unit 26 is included. The image storage unit 26 includes a scan image by CAT, MRI or PET, Store a prerecorded set of images. The images in each set are, for example, frontal (coronal ), Lateral (sagittal), or axial directions. obtain. As shown in FIG. 1, the display 20 displays three images, a positive image. A face direction image 21a, a lateral direction image 21b, and a body axis direction image 21c are shown. Sa In addition, text information can be displayed as shown at 21d in FIG. As further shown in FIGS. 2-4, the headset 12 includes its side members. 30 with two ear mounts 28 and central member 34 with nose bridge mount 3 Including 2. The headset 12 is flexible to fit comfortably on the patient's head. It must be made of durable plastic. Also formed into various sizes May be. The main purpose of this headset is to be easily removable from the patient's head To provide a reference unit, in this case with great accuracy, the headset The toe can be reattached to the exact same position repeatedly. In another embodiment For example, the pair of side members 30 of the headset 12 are rotatably attached to each other, The mount pairs 28 may be tilted toward each other. Furthermore, the central member 34 is Freely rotatable with respect to member 30 and similarly tilted toward ear mount 28 You can also The headset 12 shown in FIGS. 1 to 4 further includes a connection cable 38. And a reference unit 36 connected to the position detection unit 22. Reference unit 36 is a detachable head set by conventional clamping or fixing means. Can be attached to the hood 12. In one embodiment, the reference unit 36 Can generate a multidirectional field in three dimensions. It may also include a position characteristic field generator capable of using electromagnetic or ultrasonic waves. Can be. The position characteristic field is somewhat different from the transmit / receive triangulation system. different. This is because the position characteristic field has one transmitted signal, like triangulation. This is because it does not depend on the comparison of another transmission signal with. This allows the field generator The path between the remote sensor and the remote sensor that does not substantially change the generated field. Can be cut off by quality. For example, if a magnetic field is generated, a medical device The position of the device can be identified even if the device is inside the patient's body. Also , The reference unit exposes the reference sensor 37 for confirmation of proper system operation. May be included. In this embodiment, the field generator comprises three orthogonally arranged magnetic dipoles. Children (three orthogonally disposed magnetic dipoles). Or electromagnets) and are arranged orthogonally from each of these three dipoles. Magnetic fields can be separated from each other (eg, by phase, frequency, or time division multiplexing) It can be identified. For example, as described in US Pat. No. 4,054,881. Moreover, the position can be detected by utilizing the near-field characteristics of multiple magnetic fields. Another implementation In the form, the field generator is provided in a place other than the headset, and the headset is Two field sensors 36 and 37 may be included. Two sensors 36 and 37 If you know the distance between the two, you can use them to monitor the proper operation of the system. A second sensor can be used as a backup or reference check. Detected If the fields specified do not match, an error signal will be displayed or a warning will be issued. In another embodiment, the headset 12 is a system based on signal triangulation. Can also be used in. In this case, the reference unit 36 is It includes at least one of a transmitter and a signal receiver. With such a triangulation system Compares one characteristic of one transmitted signal with the characteristic of a second transmitted signal, The position is detected by obtaining the relative distance sent by the. The transmitted signal is , Electromagnetic signals (eg electromagnetic waves, laser light, or light emitting diodes) , Or an ultrasonic signal. In this way, the patient's head against the surgical instrument The position can be monitored. As shown in FIGS. 5 and 6, the medical device 16 may include, for example, a position characteristic field. A remote sensor 40 for detecting the field generated by the A suction device that can be detachably attached may be used. The sensor 40 is large enough to be pushed in and installed. Or using a resilient snap member in the wall opening 42 It can be retained inside the device 16. The aspirator is commonly used in most surgical procedures. By incorporating a remote sensor into the aspirator, It is possible to provide the surgeon with a convenient position detecting device that does not block the surgical site. Utensil 1 6 for the detection of system errors as already explained in connection with the sensor 37 In addition, the second backup field sensor 41 may be included. The remote sensors 40, 41 can be removed from the aspirator and have a specially adapted species. It can be interchangeably attached to any of a variety of surgical instruments. Illustrated implementation In the configuration, the remote sensors 40, 41 are provided through an opening 42 in the proximal end of the device 16. It is inserted and connected to the position detection unit 22 via the connection cable 44. Each section The sensors 40, 41 detect the presence of the field generated by the field generator. It may include three orthogonally arranged dipole sensing elements for output. example For example, in one embodiment, each of the field generator and sensor is orthogonal. Includes three current wire loops arranged. Generator is one generation loop at a time To generate an alternating current passing through and generate a time division multiplexed alternating electromagnetic field. Sensor loop signal Each of the signals is processed in synchronization with the generation loop, and the output corresponding to each AC electromagnetic field is Is generated. The distal end of the device 16 is a rigid suction tube 46 having an outwardly flared tip 48. including. The position of the tip 48 with respect to the center of the remote sensor 40 is at a known constant distance. During surgery, the surgeon can easily see this. From the suction pipe 46, The proximal end of the device 16 through the channel 52 and the connector 54, and the inhalation catheter 5 The fluid flows to 0. The suction catheter 50 (see FIG. 1) is a vacuum suction unit ( (Not shown). Next, the operation will be described. The position detection unit is a medical device for the reference unit 36. The position of the medical treatment instrument 16 is monitored. The edit registration unit 24 changes the position of the device 16. The correlation is correlated to the spatial orientation of the stored image. The surgeon moves the medical device 16. Then, an image corresponding to the position of the medical device 16 appears on the display 20. like this Thus, regardless of whether the tip 48 of the instrument 16 is inside the patient 14, Is an image of the frontal direction, the lateral direction, and the axial direction related to the exact position of the tip 48. Can always be seen. In addition, the field generator is attached to the patient's head. Patient is free to move without compromising the tracking capabilities of the system. it can. The display 20 is displayed as shown at 56 in FIG. The position of the tip 48 may also be shown on each image. In another embodiment, the suction tube 4 The 6 directions can also be identified and displayed on the displayed image. Yet another implementation In the state, it is possible to display a three-dimensional composite image based on the image recorded in advance. . As shown in FIGS. 7-11, a removable remote sensor unit 58 Alternative embodiments may be used for the inhaler 60. A sensor including two sensors 62 and 64 The sensor unit 58 includes a first engagement hole pair 66 provided in the sensor unit 58 and a container. The finger pair 68 provided on the tool 60 detachably attaches to the tool 60. You can kick. Next, the tongue 70 of the unit 58 is attached to the hinge of the device 60. Inserted between the pair of post 72 and locking 74 from the open position shown in FIG. 8 to that shown in FIG. The sensor unit 58 is fixed in place by rotating it to the closed position. The lock 74 includes a recessed area 76 where the edge 70 of the sensor unit 58 is located. Frictionally engage. The sensor unit 58 further includes which of the plurality of medical devices is attached. Can be identified. Specifically, unit 58 has multiple Hall effect transitions. The medical device 60 includes a small permanent magnet 80 including a star 78. Of magnet 80 Depending on the number and / or the arrangement of the transistors 78, Identify the medical device attached to 8. For example, if all transistors 78 detect the presence of magnet 80, then 3 Since it contains two magnets, the device 60 shown in FIGS. It is attached to the knit 58. Only two magnets 82 were detected In this case, the medical device attached to the sensor unit 58 is as shown in FIG. Another device 84. If no magnet is detected, the sensor unit 58 It will not be attached to the medical equipment of. Medical equipment attached The system can adjust the position detection unit automatically For various medical instruments, the error of the instrument tip position with respect to the position of the sensors 62 and 64 Can be compensated. Due to the detachable engagement characteristic, the sensor unit can be used Not only is it more versatile, it also simplifies the use of sterile medical devices. As shown in FIGS. 13 and 14, the edit registration process involves the following two basic steps. Including 1) a step of recording a scan image in a predetermined direction, and 2) a position detection system. Mapping the spatial orientation of the system to the recorded image. For example, in advance The direction of the recorded image is, as shown in FIG. 13, the front direction (i-j plane), At least either in the lateral direction (k-j plane) or in the body axis direction (k-i plane). Can be. These images can be stored digitally and can be stored between each scanned image. The distance is recorded as well as the relative orientation of each image set. In another embodiment, positive Without recording each image in the surface direction, the lateral direction, and the body axis direction in advance, you can Those skilled in the art will understand that it can be generated from an image. For example, a multi-plane reformer The images in the lateral direction and the front direction can be generated from the images in the body axis direction by the towing. In one embodiment, a plurality of fiducial markers are provided prior to scanning by scanner 92. (Fiducial markers) 90 are placed on the patient's head 14. Marker is a scanned image And can be positioned by the position detection system as shown in FIG. Wear. Specifically, each marker 90 is arranged in order using the tip 48 of the medical device 16, for example. When placed next consecutively, the user can Therefore, the same marker is positioned and stored on the recorded image. And the user Input by either computer keyboard 94, mouse or foot switch Control edit registration data. In another embodiment, the edit registration unit is , Each prerecorded digital image of the marker identified from one corner You may scan to a position. Prior to recording the scanned image, a fiducial marker placed on the patient's body (eg face) is used. In yet another embodiment for use, as shown in FIGS. The mosquito 90 'may be adhered to the intermediate adhesive piece 91. Then, this intermediate adhesive piece 91 It is directly adhered to the person's skin 93. The fiducial marker 90 'includes a radiopaque element 95 and the adhesive piece 91 has a small penetration. It includes a hole or another marker 97. Referring to FIG. 17, a reference marker 90 'is used. The process begins in step 1700, first with an adhesive strip 9 on the patient's skin. 1 is attached (step 1702). Next, the radiopaque element 95 is bonded. Place the reference marker 90 'on the adhesive piece 91 so that it is aligned with the position of the marker 97 on the piece 91. (Step 1704). Subsequently, the scanned image is recorded (step 1706). . The fiducial marker 90 'may then be peeled from the patient (step 1708). During manual edit registration, the surgeon or technician positions the marker 97 with the tip of the pointer. (Step 1710) and the radiopaque element 95 of the fiducial marker for the transmitter. The position of can be recorded. By using the intermediate adhesive piece 91, Not only increases patient comfort after inspection and before surgery, but also facilitates accurate editing registration You will be able to. The radiopaque element 95 is located directly above the marker 90 ' Since it was kept in mind, the user can Place a small marker 90 'instead of incorrectly positioning a portion of the child 95 The accuracy of editing registration is improved. When each marker is positioned using the position detection unit, the edit registration unit Generate a mapping function and store the position detection data (x-y-z coordinates) Convert to image direction data (i-j-k coordinates). In particular, Powell The mapping expression is obtained using the method of. Each image point is processed as a matrix of the form Each sensor point collected is treated as a matrix of the form The computer calculator has the following transformation matrix Interactively calculate the optimal value of and solve for This gives (ic−it)2+ (Jc-Ji)2+ (Kc-Ki)2Is all collected It is the minimum of the sum of all image points. The optimal method uses distance minimization, At least 3 image points are required for this method. The optimum value of the conversion matrix includes a conversion formula, and using this optimum value, the xyz coordinate is used. The position of the medical device with respect to the transmitter represented by the standard system is represented by the i-j-k coordinate system. The pre-recorded image can be transformed into the appropriate orientation. Using another embodiment of the headset of the present invention for the automatic edit registration process Can be. For example, as shown in FIGS. 18 and 19, another embodiment of the present invention The headset 100 according to, as described above in connection with FIGS. Nose provided on two ear mounts 28, side member pairs 30, and central member 34 Includes bridge mount 32. Headset 100 is centered on central member 34. The rate 102 is further included. The center plate 102 is shown in phantom in FIG. The transmitter 104 is attached. The transmitter 104 is shown in FIG. The plate 102 is shown as viewed from below. Transmitter 104 , Includes two posts 106 and a key 108 that is free to rotate about a pin 110 . To attach the transmitter 104 to the central plate 102, mount it on the plate 102. Pass the key through the slotted hole 112 and insert each post 106 into the post opening 114. I do. One of the post openings 114 is preferably formed in the shape of a slot and the transmitter Fits tightly and at the same time disperses between headsets due to manufacturing tolerances. I am able to adapt to my needs. Next, the key 108 is rotated and the plate The transmitter is locked onto the outer surface of 102. Remove the transmitter 104 It can be reattached to the same position of the same headset very accurately. The headset 100 is mounted inside the central plate 102, as shown in FIG. A fixed, very small (eg, about 2 mm diameter) group of metal reference balls 116 Including further. These balls 116 are pre-loaded by the automatic edit registration process. Positioned on the recorded scan image, the spatial relationship between the ball 116 and the transmitter 104 is Knowing this, the mapping function that converts from the transmitter coordinate system to the image coordinate system is self-contained. It is dynamically generated. This will be specifically described with reference to FIG. The automatic edit registration process begins (Step 2200) and load a pre-recorded image (Step 2202) , Three-dimensional data set is generated (step 2204). Next, within a specific range Pixels with intensities are identified (step 2206) to form groups of adjacent pixels. (Step 2208) and classify it as a single group. Each pixel Calculate the volume (step 2210) and keep it within the specified volume range. The groups that do not exist are removed (step 2212). Furthermore, at least the specific intensity level A group that does not have at least one bell pixel is removed (step 2214). here If the number of remaining groups is equal to or less than the number of reference balls 116 (for example, 7), (Step 2216) The automatic edit registration failed and the program ends ( Steps 2218 and 2220). Next, determine the center of each pixel group and calculate the distance between the centers of each group. Record this in a matrix of at least 7x7 (step 2222). Reference The known distance between the rules is a predetermined 7x7 matrix. That of this known distance Each is compared to various predetermined distances between reference balls to determine the maximum correlation between the distance pairs. A good approximation is generated (step 2224). This distance correlation gives a certain tolerance If an outside approximate value is obtained (step 2226), the conversion matrix is automatically generated. It has failed and the program ends (steps 2218 and 2220). . On the other hand, if the distance correlation is within the tolerance and there are seven groups (step 2228) and the image data is recorded in the image matrix (step 2230). ). If the number of groups is 7 or more, the geometry of the group is determined by Geometry correlation is performed to compare the geometry (step 2232). Geometry If the correlation of the is successful (step 2234), the transformation matrix is recorded (step 2234). 2230). If geometry correlation is not successful, an error is reported (step 2218). Once the image point matrix is generated (step 2230), the sensor point matrix is also generated. Since the lix is based on the known layout of the fiducial markers for the transmitter Also, as described above, the mapping expression can be automatically generated by referring to Powell's method. . In another embodiment where the patient is wearing a reference device when recording the scan The reference program automatically displays the part of the reference unit itself on the scanned image. Locating and thereby identifying the orientation of the reference unit with respect to the scanned image Can be. Again, the relative orientation of the field generator with respect to the reference unit Knowing that, the edit registration unit can generate an appropriate mapping function. it can. In yet another embodiment, a forward biased laser Follow the surface of the patient's skin, such as with an optical or movable tip pointer be able to. And positioning the traced surface on a remembered screen Can be. In yet another embodiment, a characteristic structure or characteristic of the patient's body is identified. Fully automatic editing registration by programming the editing registration unit to A record can be provided. For example, if you know the size and shape of your headset System, if it does not appear on the prerecorded image, the system will It is possible to identify where the patient is placed on the patient's head. The position-finding system can position at any position in the generated field. Operates by any desired principle suitable for field generation that allows detection Can be made. For example, Polhe, a legal entity in Colchester, Vermont 3Space (registered trademark) Fastrak (trade name), a product sold by mus company Are known to operate according to principles suitable for use in the present invention. This product The product uses three orthogonally arranged magnetic dipoles for both transmitter and sensor, A division multiplexed 8-14 kHz AC electromagnetic field is generated. Specifically, as shown in FIG. 23, the magnetic field source 101 and the magnetic field sensor 103 are Both include three coils arranged orthogonally to each other. Amplifier 105 These alternating currents pass through each coil of the source one at a time, producing a continuous magnetic field. You. The processing device 107 generates a timing signal to control the D / A converter 109. . The generated magnetic field induces a voltage in the three coils of the sensor 103. Induced electricity The pressure is amplified by the amplifier 111, digitized by the A / D converter 113, and processed. It is processed in the unit 107. Since the excitation of the three coils of the magnetic field source is time-division multiplexed, A unique continuous magnetic field is formed throughout the field. At every position of the magnetic field formed Then, the data with 6 degrees of freedom is calculated from the data existing on the 3 coils of the sensor. it can. After that, the information having six degrees of freedom is sent to the host computer 115. The position of the sensor S with respect to the field generator that defines the reference frame (X, Y, Z) The device is made of, for example, 3Space (registered trademark) Fastrak (trademark) at a predetermined time. 6 values depending on the product, ie xs, Ys, Zs, And ωazs, Ωels, ΩrosFrom Is required as a group. Value xs, Ys, ZsIs the position in the X, Y, Z reference coordinate frame. Indicates the center position of the sensor. Also the angle ωazs, Ωels, ΩrosIs the X, Y, Z reference frame The orientation of the sensor S relative to is shown. ωazsThe value indicates the azimuth of the sensor. The azimuth angle is about the X-axis and Y-axis around the Z-axis. Rotation amount when rotated and moved to a new position where the X-axis is aligned with the sensor center in the Z-axis direction Represents The new positions of the X axis and the Y axis are represented as X'and Y ', respectively. ωelsThe value indicates the elevation angle of the sensor. The elevation angle is about the X'axis and Z axis about the Y'axis. The amount of rotation when the X'axis is rotated to a new position where the X'axis is aligned with the center of the sensor S is shown. You. The new positions of the X'axis and the Z axis are designated as X "and Z ', respectively. ωrosThe value indicates the roll angle of the sensor. For the roll angle, the Y'axis and Z'axis are the X "axes. To rotate around and define new axes, namely the Y "and Z" axes. Indicates the amount of rotation when moving to a new position. The sensor is in the X ", Y", Z "reference frame Oriented, value ωazs, Ωels, And ωrosIs defined by The total power of sensor data is inversely proportional to the distance from the source to the sensor. Each saw The ratio between the sensor data components produced by the scoil is the sensor x, y, z Determine the coordinate position. The ratio between each sensor coil data determines the orientation of the sensor You. The medical device can move freely with respect to the transmitter, and its speed exceeds the electronic information processing speed. Since it may rotate, it is necessary to monitor the moving speed of the medical device. Movement speed is predetermined Above the speed, there will be no discrepancies until the speed falls below the threshold, even if the sensor readings are inconsistent. I have to look. Speed monitoring is a continuous time interval t1, T2X, y, in And a weighted sum of the differences for each of the z coordinates can be calculated. The magnitude / direction of the original magnetic field generated by a magnetic field source is By signals, magnetic fields of eddy currents in conductors, or field distortion effects of ferromagnets Change. This change causes an error in the position / orientation of the sensor. Referring to FIGS. 1-3, in a preferred embodiment including field suitability detection, , The reference sensor 37 is at a fixed distance on the transmitter assembly 12 from the center of the transmitter 36. It is fixed and installed there. The position and orientation of this reference sensor is In the calibration process, and then continuously calculate and confirm. You have to. In one embodiment, six parameters of the sensor output, Wachi xs, Ys, Zs, Ωazs, Ωels, And ωrosField weighted sum of May be continuously monitored as an index for adjusting the adequacy. Further, as described with reference to FIGS. 7 to 12, the remote sensor 58 includes a plurality of sensors. (62, 64) may be included and the ratio of the outputs of these sensors for error detection. Make a comparison. Error conditions that can be detected by such a system include one of the sensors Sensor malfunctions or uneven distribution in the area of the medical device. There are local magnetic field distortions. Also, to identify any possible type of error condition, simply use sensor In some cases, comparing the forces is not enough even if the distance between the sensors is taken into consideration. I know there is. An error condition that may be undetectable is a foreign substance of a ferromagnetic substance. Can penetrate the electromagnetic field and cause the same strain in each sensor. For example, if the foreign matter has uniform ferromagnetic properties, the foreign matter is Consider when approaching the sensor or when the sensors are equidistant from the magnetic field generator. available. In such a situation, the sensor output will be the same, so foreign matter will enter the electromagnetic field and Error detection signal is generated even if the magnetic field and detected position data are changed It may not be done. The risk of this situation occurring with the additional sensor This may be reduced, but it does eliminate the possibility that an error condition will go undetected. I can't. Determining local uniform strain in an area of a medical device or headset In order to design the error detection system to be implemented, as shown in Figs. You can monitor the positions of two or more virtual points using two sensors that are separated by a distance To do. As shown in FIG. 25, the sensor S1And S2Is 2d away from , And for convenience, for example, it is positioned on the Y axis as shown. Sensor S1And And S2Uniquely defines each XZ plane located in the plane. FIG. As shown in FIG. 5, the first virtual point VaIs the X-Z plane defined by these sensors Choose between groups. The second virtual point VbSelects outside these X-Z planes . VaAnd VbPosition is a virtual position and is continuously calculated and compared to factory standard position Is what is done. In the embodiment shown schematically in FIGS. 24 and 25, the virtual point Va(S2Against − d, -d, -d) and Vb(S2For d, d, d) is S2Equidistant from Located on the bottom. Sensor S2Is a protective sensor in this embodiment, the sensor S1Is S2 Used as a reference sensor for error detection. S obtained2To VaUp to Kuturu is S2To VbUp to the vector and the same size but the opposite direction. This The size of the cuttle is S1-S2Equal to about half the distance between. Next, the reference coordinate system (that is, S1V in the coordinate systemaAnd VbCalculate the position of Va1And Vb1And And the protection sensor (S1) Position (PS ) And orientation. The attitude matrix (A) is calculated from the value indicating the orientation of the protection sensor. calculate. As a result, the position of the virtual point is calculated as follows. Va1= A ・ Va2+ PS Vb1= A ・ Vb2+ PS To obtain the reference value for the position of the virtual point in the reference sensor coordinate system, Measure in a strain-free environment during ribbing. Reference value stored in this way Is VaeAnd VbeExpressed by When using the device, the actual measured value (Vam, Vbm The reference value (Vae, Vbe). If either virtual point is confirmed If the distance (Δ) between the position and the measured position exceeds the current value (ε), the field suitability is violated. A message is displayed and normal system operation is suspended. That is, see FIG. In the light of the following cases: | Valm-Vale│ ＞ ε or │Vblm-Vble│ ＞ ε Part of the operation is performed based on the following principles. That is, at one virtual point If the position error is reduced by the orientation error, the error increases at the other virtual point. Generate a field suitability violation message. For example, the measurement position of a protective sensor If the placement and orientation are incorrect, the measured values add errors to the deterministic values. This In this case, the field adequacy test is performed as follows. Which is equal to However, substitute FIG. 27 schematically shows the above relationship. First of all, the tip position of the medical device is the protection sensor (S2 ) For use in determining the tip position relative to the source. To monitor the suitability of the field generated by the field generator, Position the reference sensor at a constant distance from the field generator as described above, And its position is continuously monitored to monitor the change. Two sensors S1And S2 The calculations involved in this field suitability detection analysis for single transmitter and single This is done for the field suitability detection system of the sensor. Specifically, the protection Sensor (S2) Using a field transmitter and a reference sensor (S1) With a single sensor Calculate. Such field adequacy analysis is a feature of the half field of the operating environment. It can also be used for a fixed amount. FIG. 28 shows another embodiment of the present invention. Reference with field generator 122 The unit 120 is located slightly away from a part of the patient's body (eg the head) and the articulated arm 12 4 can be positioned on. As described above with reference to FIGS. 1 to 6, the reference sensor Headset 12 with support 126 is worn on the patient's body and medical device 16 is remote A sensor 40 is provided. After the field generator 122 is placed in a favorable position, It can be fixed in place by fixing the joint of the articulated arm. Fee The relative position of the field generator and the patient is monitored. At the same time the medical device 16 and the patient The relative position was also determined, which allowed the system to pre-record it as described below. Display the appropriate image from the image. In various embodiments, the position of the field generator 122 is not relevant during surgery. It can be adjusted by moving the joint with knots. Remote sensor 40 and reference sensor 126 If the relative position of is not changed, the position can be detected even if the field generator 122 is moved. It does not affect the system. The accuracy of the system depends on the field generator 122 and the sensor 4. If it depends completely on the relative position to 0, the field generator 122 should be set at the time of surgery. It is desirable to move it. This is because, for example, the system can Depending on the near field characteristic, the sensors 40 and 126 are connected to the field generator 122. For example, it may be desirable to position them approximately equidistant from. In another embodiment , The system will periodically prompt the user, such as by visual cues on the display. The rearrangement of the field generator 122 is instructed. Field generator and one or more filters ー Those skilled in the art will understand that the relative position with respect to the field sensor is not limited to that shown here. It should be possible. Monitoring the patient's position can be done by means other than a headset or reference sensor. it can. For example, as shown in FIG. 29, the camera 1 connected to the image processor 130 Position 28 to record the position of the field generator relative to the patient's target surgical site You may make it. As the patient or field generator moves, the image process The server 130 obtains the relative change amount of the position and informs the position detection unit 22 of the relative change amount. . In yet another embodiment, an additional camera allows viewing of the patient from different directions. May be installed. In another embodiment, shown in FIG. 30, the system includes a portion of the patient's body 14 (head or chest). A flexible band 132 may be included for fixation to the like). Band 132 Is equipped with a field generator 134 and a reference sensor 136. Give feedback to the signal generator of. Position detection unit 22 is a communication cable 138 connected to the flexible band 132, and the communication cable 14 0 connects to a flexible medical device 142. Tip of medical device 142 A remote sensor is attached to 144. Since the medical device 142 is not rigid, Install the sensor sufficiently close to the tip of the instrument 142 to accurately detect the position in the patient's body. And have to be able to monitor. Display 20 illustrates Thus, showing the relative orientation of the instrument 142 on one or more images. The system shown in FIGS. 31 and 32 has a sensor 152 at the distal end 154. A flexible medical device 150 and an optical fiber having a sensor 158 at the distal end 160. And an IVA endoscope 156. The near end of the optical fiber endoscope 156 is connected to the camera 162. Once connected, the camera 162 is in communication with the image processor 164. Reference band The field generator 134 on 132 may move due to patient breathing, etc. Therefore, even if the medical device 150 is not actually moving, the position of the remote sensor 152 is It may appear to have moved. In order to solve this problem, an optical fiber endoscope 156 is used as shown in the figure. , The relative position of the distal end 154 of the device 150 within the patient's body can be monitored. You. Therefore, the detection of the movement of the sensor 152 with respect to the field generator 134 is Person of It is evaluated with reference to the movement of the relative position of the distal end 154 within the body. If the camera is dead If the sensor 152 detects the movement without observing the movement of the end 154, the system The movement of the field generator, not the movement of the sensor 152. judge. The system then corrects such changes. In addition, optical fiber The endoscope 156 itself also senses whether the distal end 160 of the optical fiber has moved. 158 may be included. This can further improve the accuracy of the correction system. In addition, the camera 162 continues to record previously recorded images based on the internal structure of the patient's body. It may be possible to edit and register. The various embodiments described above are subject to various changes and modifications within the spirit and scope of the invention. One of ordinary skill in the art will understand that it is possible.
【手続補正書】 【提出日】１９９７年５月２７日 【補正内容】 請求の範囲 １． 患者の頭部に対する医療器具の位置を監視するシステムであって、 三次元位置特性フィールドに接続された基準ユニットであって、前記基準ユニ ットに対する医療器具の位置を監視する基準ユニットと、 基準ユニット設置手段と、ヘッドセット装着手段とを含むヘッドセットであっ て、前記基準ユニット設置手段は、前記基準ユニットを前記ヘッドセットに設置 し、前記ヘッドセット装着手段は、患者の頭部が前記基準ユニットと共に自由に 移動できるように前記ヘッドセットを患者の頭部に装着するヘッドセットと、 を含むシステム。 ２． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニット設置手段は、 前記基準ユニットを前記ヘッドセットに着脱町能に取り付ける手段を含むことを 特徴とするシステム。 ３． 請求の範囲２に記載のシステムにおいて、前記基準ユニツトをヘッドセッ トに着脱可能に取り付ける手段は、ヘッドセット上における基準ユニットの位置 を特定するためのキー付きインターフェースを基準ユニットとヘッドセットの間 に有し、前記基準ユニットをヘッドセット上にロックするロック手段を含むこと を特徴とするシステム。 ４． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記ヘッドセット装着手段は、 患者の鼻に接触するノーズブリッジ装着要素と、 患者の各耳に接触する２つのイヤー装着要素とを含み、 前記ノーズブリッジ及びイヤー装着要素は亙いに向き合う方向の力で共に作用 して前記ヘッドセットを患者の頭部に固定することを特徴とするシステム。 ５． 請求の範囲４に記載のシステムにおいて、前記ノーズ及びイヤー装着要素 のそれぞれは、３つの長い装着用アームのいずれか一つの末端部に取り付けられ 、 前記装着用アームの近端部は互いに接続されていることを特徴とするシステム。 ６． 請求の範囲５に記載のシステムにおいて、前記３つの長い装着用アームは それぞれプラスチックでできていることを特徴とするシステム。 ７． 請求の範囲４に記載のシステムにおいて、前記ヘッドセットは、前記イヤ ー装着要素の問に延び、これらのイヤー装着要素のほぼ中央に中央部を有する長 く延びた第１部材と、前記第１部材の中央部から前記ノーズブリッジ装着要素ま で延びた第２部材とをさらに含むことを特徴とするシステム。 ８． 請求の範囲７に記載のシステムにおいて、前記基準ユニット設置手段は、 前記第２部材上において、前記ノーズブリッジ装着手段と前記第１部材の中央部 との問に位置する平坦表面を含むことを特徴とするシステム。 ９． 請求項７に記載のシステムにおいて、前記第１及び第２部材のそれぞれは 構造的に弾性のある材料で形成され、患者の複数の頭部サイズに適応できること を特徴とするシステム。 １０． 請求項９に記載のシステムにおいて、前記構造的に弾性のある材料はプ ラスチックであることを特徴とするシステム。 １１． 請求項１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは三次元位置特 性フィールドを発生するフィールド発生器を含むことを特徴とするシステム。 １２． 請求項１１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットはフィードバ ック基準信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とするシステム。 １３． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは電磁場を 発生する電磁場発生器を含むことを特徴とするシステム。 １４． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは三次元位 置特性フィールドを検知し、検知したフィールドの存在に応答してセンサ出力を 発生するフィールドセンサを含むことを特徴とするシステム。 １５． 請求の範囲１４に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットはエラー 検出信号を発生する基準センサをさらに含むことを特徴とするシステム。 １６． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは、電磁場 の存在に応答して、前記検知した電磁場を表すセンサ出力信号を発生する電磁場 センサを含むことを特徴とするシステム。 １７． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは基準信号 を信号受侶器に送る信号送信器を含み、前記基準信号は該信号を第２の送信信号 と比較して前記信号受信器に対する前記基準ユニットの位置を検出するために用 いられることを特徴とするシステム。 １８． 請求の範囲１７に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは、前記 第２の送信信号を送る第２の信号送信器をさらに含むことを特徴とするシステム 。 １９． 請求の範囲１に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは信号送信 器から基準信号を受信する信号受信器を含み、前記基準信号は該信号を第２の送 信信号と比較して信号送信器に対する前記基準ユニットの位置を検出するために 用いられることを特徴とするシステム。 ２０． 請求の範囲１９に記載のシステムにおいて、前記基準ユニットは前記第 ２の送信信号を受信する第２の信号受信器をさらに含むことを特徴とするシステ ム。[Procedure amendment] [Submission date] May 27, 1997 [Correction contents] The scope of the claims 1. A system for monitoring the position of a medical device relative to a patient's head, A reference unit connected to the three-dimensional position characteristic field, A reference unit for monitoring the position of the medical device with respect to the It is a headset including a reference unit setting means and a headset wearing means. The reference unit installation means installs the reference unit on the headset. However, the headset mounting means allows the patient's head to move freely with the reference unit. A headset for mounting the headset on a patient's head so that it can be moved; System including. 2. The system according to claim 1, wherein the reference unit setting means is Including means for removably attaching the reference unit to the headset. Characterized system. 3. The system according to claim 2, wherein the reference unit is a headset. The detachable attachment to the headset is the position of the reference unit on the headset. A keyed interface to identify the location between the reference unit and the headset And including locking means for locking the reference unit on the headset. System characterized by. 4. The system according to claim 1, wherein the headset mounting means comprises: A nose bridge attachment element that contacts the patient's nose, Two ear attachment elements for contacting each ear of the patient, The nose bridge and the ear attachment element act together with a force in the overturning direction And fixing the headset to the patient's head. 5. The system of claim 4, wherein the nose and ear mounting elements are Each of which is attached to the end of one of the three long mounting arms , A system wherein the proximal ends of the mounting arms are connected to each other. 6. The system according to claim 5, wherein the three long mounting arms are A system characterized by being made of plastic. 7. The system of claim 4, wherein the headset is the ear -A length that extends to the attachment elements and has a central part approximately in the middle of these ear attachment elements The elongated first member and the central portion of the first member to the nose bridge mounting element. And a second member extending at. 8. The system according to claim 7, wherein the reference unit setting means is On the second member, the nose bridge mounting means and the central portion of the first member A system comprising a flat surface located at the point of. 9. The system of claim 7, wherein each of the first and second members is Made of structurally elastic material to accommodate multiple patient head sizes System characterized by. 10. The system of claim 9, wherein the structurally elastic material is The system is characterized by being plastic. 11. The system according to claim 1, wherein the reference unit is a three-dimensional position feature. A system including a field generator for generating a sex field. 12. The system of claim 11, wherein the reference unit is a feed bar. A system further comprising a reference sensor for generating a reference signal. 13. The system according to claim 1, wherein the reference unit includes an electromagnetic field. A system comprising an electromagnetic field generator for generating. 14． The system according to claim 1, wherein the reference unit is a three-dimensional position. The sensor output is detected in response to the presence of the detected field. A system comprising a generating field sensor. 15. 15. The system according to claim 14, wherein the reference unit is in error. The system, further comprising a reference sensor for generating a detection signal. 16. The system according to claim 1, wherein the reference unit is an electromagnetic field. An electromagnetic field that produces a sensor output signal representative of the sensed electromagnetic field in response to the presence of A system including a sensor. 17． The system according to claim 1, wherein the reference unit is a reference signal. To a signal receiver, wherein the reference signal is the second transmission signal. For detecting the position of the reference unit relative to the signal receiver in comparison with A system that can be used. 18. 18. The system according to claim 17, wherein the reference unit is the System, further comprising a second signal transmitter for transmitting a second transmission signal . 19. The system according to claim 1, wherein the reference unit transmits a signal. A signal receiver for receiving a reference signal from the transmitter, the reference signal transmitting the signal to a second transmitter. To detect the position of the reference unit relative to the signal transmitter in comparison with the signal A system characterized by being used. 20. 20. The system according to claim 19, wherein the reference unit is the first unit. System, further comprising a second signal receiver for receiving two transmitted signals. M
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／５２７，５１７ (32)優先日 1995年９月13日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ティーマン ジェイムズ エス アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 ウ ォータータウン ハーン ストリート ９ エー────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (31) Priority claim number 08 / 527,517 (32) Priority date September 13, 1995 (33) Priority claiming countries United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M C, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG , CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, MW, SD, SZ, UG), AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, CA, C H, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB , GE, HU, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LR, LT, LU, LV, MD, MG, M N, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU , SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TT, UA, UG, US, UZ, VN (72) Inventor Teeman James S United States of Massachusetts Watertown Hearne Street 9 A
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